源自剪紙藝術(shù)的自充電“紙”器件

 

　　便攜式電子設(shè)備，如腕表、助聽器和心臟監(jiān)護(hù)器等，通常只需要很少的電量。這些設(shè)備獲取能量的來(lái)源通常是傳統(tǒng)可充電電池。然而，王中林和他的同事們近些年卻一直在思考如何利用使用者自身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能量來(lái)為這些電子設(shè)備進(jìn)行供電。他們已經(jīng)創(chuàng)造出了可收集周圍機(jī)械能（如走路產(chǎn)生的機(jī)械能）并用于為便攜式電子設(shè)備供電的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENGs,triboelectric nanogenerators）。但是絕大多數(shù)的摩擦納米發(fā)電機(jī)的充電效率都很低，為一個(gè)很小的電子設(shè)備（如傳感器）充電都需要數(shù)個(gè)小時(shí)。此外，制作摩擦納米發(fā)電機(jī)的材料是丙烯酸高聚物，重量很大。

 

　　為此，研究人員轉(zhuǎn)變思路，開發(fā)出超輕、具有菱形剪紙圖案、長(zhǎng)幾英寸、由各種不同材料覆蓋的紙質(zhì)供電單元。紙質(zhì)菱形供電單元的四個(gè)外表面是由金和石墨覆蓋的砂紙，構(gòu)成了負(fù)責(zé)能量存儲(chǔ)的超級(jí)電容器單元。而供電單元的內(nèi)表面由金覆蓋的紙和氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）薄膜所構(gòu)成的能量收集單元。新型紙質(zhì)納米發(fā)電機(jī)單位質(zhì)量和單位體積的電荷輸出分別為82 nC•g-1和75 nC•cm-3（傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)電機(jī)的相應(yīng)指標(biāo)僅為5.7 nC•g-1和5.8 nC•cm-3），因此只需要短短幾分鐘的反復(fù)壓縮和釋放，新型紙質(zhì)納米發(fā)電機(jī)就可以為電子設(shè)備提供1伏特的電壓，足以為遙控器、溫度傳感器或腕表等電子設(shè)備提供所需電力。